四连杆机构_精品文档PPT资料.ppt

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,通过机构与运动分析可了解机构在运动过程中构件上某些点的位移、速度和加速度以及构件的角位移、角速度和角加速度。

本节主要介绍用相对运动图解法求机构的速度和加速度的方法。

4.2.1同一构件上点的速度、加速度分析,、,1.速度分析,

（2）求,B点与C点同为构件2上的点，根据理论力学，做平面运动的刚体上某一点的速度可以看作是刚体上任选基点的牵连速度和该点绕基点的相对转动速度的合成。

因此构件2上C点的速度等于B点的速度与C点相对B点的速度矢量和，即,方向,将矢量,移到机构简图中的C点处，则,为逆时针方向。

将矢量,移到C点处，则可见,为逆时针方向。

由可知,大小,？

？

方向,？

矢量,代表,其大小为,后一个方程只有两个未知数，可用图解法求解,过b点作,的方向线,过c点作,的方向线,两线交于e点,2.加速度分析,

（1）求,方向为BA,方向垂直于AB，指向与,方向一致。

大小,？

方向,式中有两个未知数，可用矢量图解法求解,任取一点P为极点，作矢量,选定加速度比例尺,，其大小为,，指向为BA，矢量,可以代表,从b作矢量,，长度为,，指向与1一致，则矢量,代表,；

作,，指向CB，长度,，矢量,作为,的方向线；

从p作,代表了,作,，方向为CD，长度为,，矢量,代表,过,作,，作为,的方向线，与,线相交于c,代表了C点的加速度aC、,代表aCB，大小分别为,，,（3）求a2、a3由图c可知，,代表,代表,逆时针方向,逆时针方向,（4）求aEB、C、E是同一构件上的三点，得方程式,大小方向,？

EB,？

EB,？

EC,如图c所示，过b点作,，方向EB，长度,作,的方向线,与,的方向线相交于e点。

代表aE，矢量,代表Aec，大小分别为,矢量,过e点作,的方向线,；

过c点作,代表,，作,4.2.2组成移动副的两构件瞬时重合点的速度、加速度分析,1.速度分析,

（1）求,构件1和2在B点组成转动副，,方向垂直于AB，指向与,的方向相同。

大小方向,？

AB,？

/BC,该式只有两个未知数，可用图解法求解。

选定速度比例尺,，任取极点p，作,，则,代表,；

作,，代表,的方向线，作,，代表,的方向线，,速度的大小分别为,代表,，矢量,代表,则矢量,二者相交于b3点，,2、加速度分析,

（1）求,，其大小为,，方向为BA。

哥氏加速度,和相对加速度,的合成，其中哥氏加,，方向由相对速度,速度的大小,的指向顺着牵连角速度,转过90而得，即,

（2）求,B3点的绝对加速度,等于牵连加速度,方向,？

BC,？

/BC,大小,（3）求a3将,移至B点，得,，方向为逆时针。

由于构件2、构件3组成移动副，所以,。

选加速度比例尺为,，作加速度多边形，其中,代表,代表,代表,代表,，由p指向,代表,代表,所以,4.3平面机构的力分析,平面机构进行力分析的主要目的:

根据作用在平面机构上的已知外力和惯性力，确定各运动副中的反力，进而确定为维持机构按给定规律运动所需的平衡力或平衡力矩。

力分析通常用于计算机构各零件的强度、确定机械效率以及机械工作时所需的驱动力矩等。

4.3.1运动副中的摩擦,1.移动副中的摩擦力,滑块1和平面2组成移动副，滑块受力F作用沿水平相左移动。

力F与接触面法线的夹角为,可以将F分解成切向力Ft和法向力Fn,根据摩擦定律，Ff=fFN，,由图可知,由上述两式可得,由上式可知：

（1）当,外力F的作用线在摩擦角所包围的区域之外，此时FtFf,滑块作加速运动；

（2）当,外力F的作用线在摩擦角所包围的区域的面上，此时Ft=Ff,滑块作等速运动。

若滑块原来是静止的，则保持静止不动；

（3）当,外力F的作用线在摩擦角所包围的区域的里面，此时FtFf,滑块作减速运动，直到静止。

若滑块原来静不动，则不论用多大的外力都无法推动滑动使其运动，这种现象称为自锁。

在z方向,在xy平面内,2.转动副中的摩擦力,图示为转动副中摩擦力的情况。

轴颈1与轴承2组成转动副，Ff为作用在轴颈上的径向载荷。

当轴颈作等速转动时,的值由轴颈半径r和当量摩擦系数f0决定。

无论FR21的方向如何，与轴心的距离始终等于,总反力的作用线始终与摩擦圆相切。

4.3.2机构受力分析,1.运动副中作用力的特点,

（1）转动副约束反力的大小与方向未知。

当不计摩擦时，离作用线通过转动中心；

当计及摩擦时，约束反力逆相对转动方向与转动中心偏离一个摩擦圆半径的距离。

（2）移动副约束反力的大小与作用点未知。

当不计摩擦时，力的方向垂直于相对移动方向；

当计及摩擦时，约束反力逆相对移动方向偏转一个摩擦角。

（3）平面高副约束反力的大小未知。

当不计摩擦时，约束反力过接触点的公法线；

当计及摩擦时，约束反力过接触点，并相对于公法线逆相对滑动方向偏转一个摩擦角。

2.计及摩擦力时的静力分析（不考虑惯性力）,构件力平衡的特点为：

（1）不含力偶的二力杆，两个力等值、共线、反向。

（2）含力偶的二力杆，两个力值、反向、不共线，相距h=M/F。

（3）不含力偶的三力杆，三个力汇交于一点。

（4）确定摩擦总反力FRik的方位时，首先粗略判断FRik的指向，然后确定相对角速度的转向，使FRik与摩擦圆相切，并对铰链中心所形成的力矩方向与的方向相反。

4.3.3机械效率及自锁,1机械效率的计算,机械在稳定运转的一个周期内，驱动力所作的功Wd等于工作阻力所作的功Wr和有害阻力所作的功Wf之和，即,通常用,来表示机械对能量的利用程度,用功率表示的机械效率,机械效率也可以用力或力矩的表达式表示,一机械传动如图。

设Fd为驱动力，Fr为生产阻力，,分别为在Fd和Fr的作用点处沿其作用线方向上的速度,和,2机械的自锁,由于机械中总存在着损失功，所以机械效率h1。

若机械的输入功全部消耗于摩擦，结果就没有有用功输出，则h=0。

若机械的输入功不足克服摩擦阻力消耗的功，则h0。

在这种情况下不管驱动力多大都不能使机械运动，机械发生自锁。

因此机械自锁的条件是h0，其中h=0为自锁状态，并不可靠。

4.3.4螺旋机构的效率,图a所示为矩形螺旋，设其螺母上承受一轴向载荷Fr，根据螺纹形成原理，可将其沿中径d2展开成一升角为,的斜面，如图b所示。

当以力矩Md拧紧螺母时，相当于滑块在驱动力Fd作用下克服阻力Fr沿斜面等速上升，如图a所示。

Fd为作用在螺母中径d2上的圆周力，设此时斜面对滑块的全反力为FR21，则根据滑块的力平衡方程可得,Fd+Fr+FR21=0,作力多边形（如图b所示），由图可得,则拧紧螺母的力矩为,则，其效率为,4.4四杆机构的基本形式及其演化,4.4.1四杆机构的基本形式,平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构，如图所示，其中AD杆为机架，与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆，与机架相对的BC杆称为连杆。

其中能作整周回转运动的连架杆称为曲柄；

只能在一定范围内摆动的连架杆称为摇杆。

1、曲柄摇杆机构,应用：

颚式破碎机机构、搅面机、卫星天线、缝纫机踏板机构、脚踏砂轮机机构等。

根据连架杆有无曲柄，可分为三种基本形式,两连架杆中一个为曲柄，一个为摇杆的四杆机构，称为曲柄摇杆机构。

铰链四杆机构的基本类型,曲柄摇杆机构应用实例

（一）,颚式破碎机机构动画展示,曲柄摇杆机构应用实例

（二）,搅面机机构动画展示,曲柄摇杆机构应用实例（三）,雷达天线俯仰角调整机构,曲柄摇杆机构应用实例（四）,缝纫机脚踏板机构,脚踏砂轮机机构,曲柄摇杆机构应用实例（五）,两连杆架均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构。

应用：

惯性筛、插床机构,2.双曲柄机构,惯性筛,双曲柄机构应用实例

（一）,插床机构,双曲柄机构应用实例

（二）,双曲柄机构中，若相对的两杆长度分别相等，称为平行双曲柄机构。

当两曲柄转向相同时，它们的角速度时时相等,连杆也始终与机架平行，四根杆形成一平行四边形，故又称平行四边形机构。

机车车轮联动机构,平行四边形机构的应用实例,两连杆架均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构。

1、港口起重机2、飞机起落架3、电风扇的摇头机构,应用：

3.双摇杆机构,双摇杆机构应用实例

（一）,港口起重机动画展示,双摇杆机构应用实例

（二）,飞机起落架动画展示,风扇摇头机构,双摇杆机构应用实例（三）,4.4.2平面四杆机构的演化,在平面连杆机构中，除了上述三种形式的铰链四杆机构之外，在实际机器中还广泛采用其他形式的四杆机构。

这些四杆机构可认为是通过改变某些构件的形状、改变构件的相对长度、改变某些运动副的尺寸、或者选择不同的构件作为机架等方法，由四杆机构的基本型式演化而成的。

1.扩大转动副，使转动副变成移动副,2.偏置曲柄滑块机构,1.对心曲柄滑块机构,曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,曲柄滑块机构应用实例

（一）,小型刨床机构,冲压机构,曲柄滑块机构应用实例

（二）,曲柄滑块机构的演化,通过改变运动副的尺寸，对心曲柄滑块机构可以演化成偏心轮机构。

a、曲柄摇杆机构b、双曲柄机构c、曲柄摇杆机构d、双摇杆机构,2.通过选用不同构件为机架而演化成的四杆机构,

（1）在铰链四杆机构中：

2.通过选用不同构件为机架而演化成的四杆机构,当构件2做整周转动时，导杆4也做整周回转，该机构称为转动导杆机构；

当构件2做整周转动时，导杆只能往复摆动，称为摆动导杆机构。

（1）取构件1为机架，可得到导杆机构。

曲柄滑块机构中：

转动导杆机构,摆动导杆机构,简易刨床的主运动机构,转动导杆机构的应用,牛头刨床的主运动机构,摆动导杆机构的应用,摆动导杆机构的应用,泵总装转动导杆机构动画展示,曲柄摇块机构,当曲柄滑块机构中取构件2为机架时，可转化为曲柄摇块机构。

（2）摇块机构,曲柄滑块机构,自卸卡车翻斗机构,曲柄摇块机构应用,当曲柄滑块机构中取滑块3为机架时，即可转化为移动导杆机构。

（3）移动导杆机构,应用：

手动压水机,移动导杆机构,曲柄滑块机构,手动压水机构,移动导杆机构应用,4.5.1平面四杆机构有曲柄的条件,1.铰链四杆机构有曲柄的条件,4.5平面四杆机构的基本特性,adbcacbdabcd,由三角形两边之和大于第三边原理得,将以上三式两两相加,整理得,由此得铰链四杆机构曲柄存在的条件：

最短构件条件,构件的长度和条件,此两构件中必有一构件为运动链中最短构件。

最短构件与最长构件的长度之和小于或等于其它两构件长度之和。

ab,ad,ac,1）取最短构件AB的邻边构件AD（或BC）为机架，AB-曲柄，CD-摇杆,1、若LAB+LBCLAD+LCD,铰链四杆机构如图，AB为最短构件,BC为最长构件,曲柄摇杆机构,2）取最短构件AB为机架，BC-曲柄，AD-曲柄,双曲柄机构,3）取最短构件的对边构件CD为机架，BC-摇杆，AD-摇杆,双摇杆机构,2、若LAB+LBCLAD+LCD,则不论取哪一个构件为机架，都只能得到双摇杆机构。

L1+L2L3+L4,L1+L2L3+L4,结论：

（1）在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两